CN102354900A - 一种随机分布反馈光纤激光器 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种随机分布反馈光纤激光器，它可以实现稳定的、空间不相干的、连续激光输出，属于光纤激光器技术领域，包括泵浦激光器、波分复用器、光纤光栅、掺铒光纤、光纤拉曼激光器及长单模光纤。本发明将光纤光栅的反射效应与光纤的分布式瑞利散射效应相结合，构成了分布式的随机反馈光学谐振腔，并利用掺铒光纤及受激拉曼散射效应对光进行增益放大。与之前报道的随机分布反馈光纤激光器相比，本发明既降低了泵浦激光阈值和单模光纤长度，又突破了拉曼增益峰对激射波长和波长数的限制，可实现激光波长的调谐。本发明适用于远程光纤传感及远距离通信等领域。

Description

一种随机分布反馈光纤激光器
技术领域
本发明具体涉及一种随机分布反馈光纤激光器，属于激光器技术领域。
背景技术
随机激光器作为一种新颖的微型激光器在许多应用领域发挥着传统激光器无可替代的作用，例如作为平面显示器的光源、微结构光纤的光源、流体检测信号光等；另外，它结构紧凑、功能独特，因此，人们对它的研究越来越多。但是，由于谐振腔在介质中的分布是随机的，所以其存在着复杂的脉冲特性及辐射对角度的依赖性等缺点。因而，在某些检测领域应用时必须改进其光谱特性，才能挑战传统激光器的优异性能。
近年来，人们利用低维随机系统结构(如光纤)可以改善随机激光器的上述不足。2007年Matos等报道了第一台光纤随机激光器，通过在光子带隙光纤的纤芯中填充TiO2纳米颗粒，在侧面泵浦光子带隙光纤情况下，成功地实现了一维随机激光输出，在一定程度上确保了激光光束的方向性。但该方法技术难度大，不容易实现。
利用光纤中的本征无序性来改善随机激光的属性(单色性、方向性)是目前国外学者研究的热点课题。2003年，Chen等人研究了长单模光纤中的拉曼放大特性。当抽运光功率达到阈值时，拉曼增益谱发生随机毛刺现象，继续增大抽运光功率时，将出现激光现象。2009年，英国阿斯顿大学研究团队通过实验及理论研究分析了光纤中分布式瑞利散射效应对激光纵模结构的影响，发现当抽运光功率及光纤长度达到一定要求时，激光器中的腔镜(光纤光栅)将失去反馈作用。2010年4月，Turitsyn等利用光纤中的瑞利散射效应作为反馈机制，成功实现了激光的输出，并首次将其命名为随机分布反馈光纤激光器。它能提供空间不相干的、无模式竞争的连续激光输出，但它具有阈值功率高、转化效率低、输出功率低及光纤长度太长等缺点，且目前国内尚未见相关报道。
发明内容
本发明针对现有技术的不足，提出了一种将光纤光栅的反射效应与光纤的分布式瑞利散射效应相结合，构成了分布式的随机反馈光学谐振腔，并利用掺铒光纤及受激拉曼散射效应对光进行增益放大，提供了一种阈值功率低、转化效率高、光纤长度相对短的随机分布反馈光纤激光器。
本发明解决技术问题所采取的技术方案如下。
随机分布反馈光纤激光器包括泵浦激光器、波分复用器A、波分复用器B、光纤光栅、掺铒光纤、光纤拉曼激光器及长的单模光纤。泵浦激光器与波分复用器A的一端相连，波分复用器A的另一端依次连接光纤光栅、掺铒光纤和波分复用器B，波分复用器B的另外两端分别与光纤拉曼激光器和长单模光纤相连；激光由波分复用器A的输出端或长单模光纤的另一端输出。
本发明的工作原理：如图1所示，泵浦光经过波分复用器A和光纤光栅后，进入掺Er3+光纤，Er3+吸收泵浦光能量后，从基态跃迁到高能级，由于高能级不稳定，因此很快就以无辐射的方式跃迁到亚稳态能级即激光上能级，Er3+离子在上能级的寿命较长，因此能够逐渐积累起来。随着激光的不断注入，实现了激光上能级与下能级之间的粒子数反转。当发生C波段的辐射时会引发同频受激辐射，使Er3+从激光上能级跃迁到激光下能级，产生的能量对该波段的光进行放大。另一方面，拉曼泵浦激光经过波分复用器B进入长单模光纤中后，由于其功率较强，从而产生受激拉曼散射。其中，前向受激拉曼散射的后向瑞利散射部分和后向受激拉曼散射在光纤中传输时，得到分布式拉曼散射效应的持续放大，在空间上形成了分布式光反馈。由于长单模光纤端面采用端面倾斜角技术处理，所以光反馈可忽略菲涅耳反射。当这些散射光经过掺Er3+光纤时，得到进一步放大，经光纤光栅反射后，又继续受到放大，从而形成了另一端的光反馈。当泵浦光功率及光纤长度满足一定条件时，散射光的增益克服损耗并形成自激振荡，从而形成激光输出。
本发明具有以下优点：将掺铒光纤与单模光纤相结合，并利用双泵浦方式实现了降低泵浦功率阈值、减小单模光纤长度及提高激光的输出功率的目的，具有结构简单、制作方便、成本低等优点，且在国内首次提出了此技术，填补了现有技术的空白。
附图说明
图1为随机分布反馈光纤激光器的结构示意图。
具体实施方式
下面结合附图和实例对本发明作进一步描述，但不限于此。
本发明实施例如图1所示包括980nm泵浦激光器1，980/1550nm波分复用器2，1550nm光纤光栅3，掺铒光纤4，1455/1550nm波分复用器5，长单模光纤6(Corning SMF28，芯径6.06μm)，1455nm光纤拉曼激光器7，其特征在于泵浦激光器1与波分复用器2的一端相连，波分复用器2的另一端依次连接光纤光栅3、掺铒光纤4和波分复用器5，波分复用器5的另外两端分别与光纤拉曼激光器7和长单模光纤6相连；激光由波分复用器2的输出端或长单模光纤6的另一端输出。在该激光器的输出端依次与光纤滤波器、跳线和光谱仪或光功率计相连后，就可以观测到输出激光的光谱及功率特性。
其中，980nm泵浦激光器1是半导体连续激光器，中心波长为980nm，光谱带宽为0.9nm，功率0-350mW可调；1455nm光纤拉曼激光器7是光纤单模连续激光器，中心波长为1455nm，光谱带宽为0.6nm，功率0-1.2W可调；长单模光纤6的长度为50km，掺铒光纤4为15m；光纤光栅3是高反射的，其反射率为20dB，中心波长为1550nm，3dB带宽为0.4nm。

Claims (1)

1.一种随机分布反馈光纤激光器，包括泵浦激光器、波分复用器A、波分复用器B、光纤光栅、掺铒光纤、光纤拉曼激光器及长单模光纤，其特征在于泵浦激光器与波分复用器A的一端相连，波分复用器A的另一端依次连接光纤光栅、掺铒光纤和波分复用器B，波分复用器B的另外两端分别与光纤拉曼激光器和长单模光纤相连；激光由波分复用器A的输出端或长单模光纤的另一端输出。
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